DE19705244A1 - Umformvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Umformvorrichtung, insbesondere Innenhochdruckumformvorrich­ tung, mit einem mehrteiligen Formwerkzeug und einer die Teile des Formwerkzeugs gegen die Umformbeaufschlagung zusammenhaltenden Spanneinrichtung.

Beim Innenhochdruckumformen sind an die Festigkeit der Einspannung der Formwerkzeug­ teile sowie des Formwerkzeuges selbst hohe Anforderungen zu stellen. Vor allem in der End­ phase der Herstellung eines Formteils, in der das Formteilwerkstück weitgehend gegen die Formungswände des Werkzeugformhohlraums anliegt, überträgt sich der zur vollständigen Ausformung des Werkstücks erforderliche sehr hohe Arbeitsdruck auf Werkzeug und Spanneinrichtung. Trotz dieser hoher Beanspruchung sollte es dabei jedoch zu keiner, die Maßhaltigkeit des Formteils beeinträchtigenden Deformationen des Formhohlraums kom­ men, indem z. B. Werkzeugteile des Formwerkzeugs zusammenhaltende Spannbacken unter Aufweitung des Formhohlraums nachgeben. Entsprechend stabil sind Werkzeuge und Spanneinrichtungen solcher Innenhochdruckumformvorrichtungen auszulegen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue Umformvorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die insbesondere in Bezug auf den zur Sicherung der Formstabili­ tät des Formhohlraums erforderlichen Aufwand verbessert ist.

Die diese Aufgabe lösende Umformvorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spannvorrichtung oder/und das Formwerkzeug mindestens eine, Defor­ mationen des Formhohlraums beim Umformen wenigstens teilweise kompensierende Gegendruckkammer aufweist.

Entsprechend dieser Erfindungslösung nimmt man eine gewisse Verformung von Spannein­ richtung oder/und Werkzeug in Kauf, erzeugt aber durch Druckbeaufschlagung einer oder auch mehrerer in der Spannvorrichtung oder/und dem Werkzeug vorgesehener Kammern für ausgleichende Verformungen, so daß der Formhohlraum weitgehend seine Gestalt bei­ behält. Bei gleichbleibender Fertigungsgenauigkeit können Spann- und Werkzeugteile dementsprechend weniger stabil mit geringerem Aufwand an Material hergestellt werden. Vorteilhaft verringern sich damit auch Masse und Gewicht der Umformvorrichtung insge­ samt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Gegendruckkammer mit dem Arbeitsdruck beaufschlagt werden, wobei vorteilhaft eine zur Druckbeaufschlagung des Werkstücks verwendete Einrichtung auch für die Gegendruckkammer mitgenutzt werden kann.

Andererseits könnte jedoch für die Druckbeaufschlagung der Gegendruckkammer eine zusätzliche Einrichtung vorgesehen sein, die es ermöglicht, in der Gegendruckkammer einen ober- oder unterhalb des Arbeitsdrucks gelegenen Gegendruck zu erzeugen, der z. B. in Abhängigkeit von der jeweiligen Gestaltung des Werkzeugs bzw. herzustellenden Formteils im Hinblick auf eine optimale Kompensation von Formhohlraumverformungen eingestellt werden könnte.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Gegendruckkammer in einem gegen das Formwerkzeug anliegenden Spannbacken vorgesehen, wobei z. B. zwischen der Gegen­ druckkammer und dem Werkzeug eine verhältnismäßig dünne Spannbackenwandung vor­ gesehen sein kann, welche sich unter dem Einfluß des Gegendrucks gegen das Werkzeug wölbt und so einem Nachgeben des Spannbackens oder/und Werkzeugs entgegenwirkt.

Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der Spann­ backen gegen das Formwerkzeug mit einem durch die Druckbeaufschlagung der Gegen­ druckkammer gegen den übrigen Spannbacken beweglichen Teil des Spannbackens an, wobei dieser bewegliche Teil insbesondere in der Art eines in dem Spannbacken geführten Druckkolbens ausgebildet ist. Gibt der Spannbacken unter dem Einfluß der Umformungs­ beaufschlagung eines Werkstücks nach, so verschiebt sich der Spannbackenkolben bei Aufrechterhaltung eines geeigneten Drucks in der Gegendruckkammer entsprechend, so daß der dagegen anliegende Werkzeugteil an Ort und Stelle verbleibt.

Diese Ausführungsform mit einem beweglichen Spannbackenteil ist besonders vorteilhaft in einer Innenhochdruckumformvorrichtung, in welcher der Spannbacken über einen Bajo­ nettring in Spannanlage gegen das Werkzeug gebracht werden kann, wobei eine einen Gegenspannbacken umfassende Werkzeughalterung für den Bajonettring ein Gegenlager bildet. Durch die Kompensationsmöglichkeit über den Spannbacken mit der Gegendruck­ kammer entschärfen sich vor allem die Festigkeitsanforderungen an die Verriegelungsteile des Bajonettverschlusses, die somit weniger massiv ausgebildet zu sein brauchen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Gegendruckkammer, einschließlich eines Druckverbindungskanals, mit einer abdichtenden Auskleidung versehen, die insbesondere durch eine die Gegendruckkammer ballonartig ausfüllende Kunststoff­ membran gebildet sein kann. Eine solche flexible Abdichtungsauskleidung ist vor allem bei der genannten Ausführungsform mit einem druckkolbenartigen Spannbackenteil von Vor­ teil, weil dann der Druckkolben in seiner Führung nicht besonders abgedichtet zu sein braucht.

Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels und der beiliegenden, sich auf dieses Ausführungsbeispiel beziehenden Zeichnung beschrieben werden.

Die Zeichnung zeigt eine Innenhochdruckumformeinrichtung in einer Schnittdarstellung.

Mit dem Bezugszeichen 1 ist in der Figur eine topfartig ausgebildete Werkzeughalterung mit einer Bodenwand 2 und einer vertikalen Zylinderwand 3 bezeichnet. In der Bodenwand 2 ist ein sich über einen großen Teil der Wandfläche erstreckender Durchbruch 4 vorgesehen. In der Zylinderwand 3 sind einander gegenüberliegende Durchbrüche 5 und 6 gebildet.

Mit dem Bezugszeichen 7 ist ein Spannbacken bezeichnet, der mit einem dagegen über einen Hydraulikzylinder 8 drehbaren Bajonettring 9 im Eingriff steht.

Dem Spannbacken 7 gegenüberliegend ist eine Spannbackengegenplatte 10 angeordnet, die auf einer durch den verbliebenen Teil der Bodenplatte 2 gebildeten Schulter aufliegt.

Zwischen dem Spannbacken 7 und der Spannbackengegenplatte 10 ist ein Formwerkzeug mit einem Oberteil 11 und einem Unterteil 12 angeordnet. In dem zweiteiligen Formteilwerk­ zeug befindet sich ein durch Umformung eines Rohres gebildetes Werkstück 13.

Der Spannbacken 7 weist ein Oberteil 14 mit einer Ringausnehmung auf, in die ein von dem Bajonettring nach innen vorstehender Ringsteg 15 eingreift. Unterhalb des Ringstegs 14 ist der Spannbacken 7 im Durchmesser etwas aufgeweitet.

Mit dem Bezugszeichen 16 ist ein unterer Teil des Spannbackens 7 bezeichnet, der einen in der Art eines Druckkolbens in einer Ausnehmung in dem oberen Teil 14 des Spannbackens 7 geführten oberen Abschnitt aufweist und mit einer Ringschulter 18 gegen die Unterseite des Spannbackenoberteils 14 anlegbar ist. Bei Anlage der Ringschulter 18 gegen die Unterseite des Spannbackenoberteils 14 verbleibt eine durch das Spannbackenoberteil 14 und das Spannbackenunterteil 16 gebildete Gegendruckkammer 17, die über einen Verbindungs­ kanal 19 durch Fluiddruck beaufschlagbar ist. Die Gegendruckkammer 17 und der Verbin­ dungskanal 19 sind durch eine abdichtende Kunststoffmembran 20 ausgekleidet.

Der Bajonettring 9 greift mit auf seinem Umfang angeordneten Verschlußzähnen 21 in eine Ringausnehmung 22 in der Zylinderwand 3 ein, wobei die Verschlußzähne in einer Drehstel­ lung entsprechende Verschlußzähne 23 an der Zylinderwand 3 hintergreifen. In einer ande­ ren Drehstellung kann der Bajonettring mit dem Spannbacken 7 nach oben abgehoben werden, wobei die Verschlußzähne 21 des Bajonettrings 9 zwischen den Verschlußzähnen 23 an der Zylinderwand 3 hindurchgeführt werden.

Mit den Bezugszahlen 24 und 25 sind bewegbare Halterungen für an das Werkstück 13 anlegbare Druckfluidzuführungsleitungen 26 und 27 bezeichnet.

Die Bewegung des Spannbackenunterteils 16 nach unten begrenzende Gegenanschläge sind in der Figur nicht gezeigt.

Im folgenden wird die Funktionsweise der vorangehend beschriebenen Vorrichtung erläu­ tert.

In einem Zustand, in welchem der Bajonettverschluß mit dem Spannbacken 7 von dem topfartigen Werkzeughalter 1 abgehoben ist, wird eine für den gegebenen Anwendungsfall geeignete Spannbackengegenplatte 10 auf den Boden 2 des Werkzeugshalters 1 aufge­ legt. Danach werden der untere Teil 12 des Werkzeugs, das Werkstück 13 und der obere Teil 11 des Werkzeugs eingesetzt.

Zur Verspannung der Werkzeugteile 11 und 12 wird der Bajonettring 9 mit dem Spannbacken 7 zunächst abgesenkt, wobei die Verschlußzähne 21 des Bajonettrings 9 zwischen den Ver­ schlußzähnen 23 an dem oberen Rand der Zylinderwand 3 des Werkzeugshalters 1 hindurch­ treten. Mit Hilfe des Hydraulikzylinders 8 wird dann der Bajonettring verdreht, wobei die Zähne 21 des Bajonettrings 9 die Verschlußzähne 23 an der Zylinderwand 3 hintergreifen. Durch geeignete Abschrägung der Zähne wird dabei ein Preßdruck des Spannbackens 7 gegen den oberen Werkzeugteil 11 und ein entsprechender Preßgegendruck über den Werkzeughalter 1 und die Spannbackengegenplatte 10 auf den Werkzeugunterteil 12 über­ tragen.

Zum Umformen des Werkstücks werden nun die Fluiddruckzuführungsleitungen 26 und 27 in der in der Figur gezeigten Weise über nicht gezeigte Dichtungseinrichtungen an das rohr­ förmige Werkstück 13 angesetzt und ein Fluid, im vorliegenden Fall Wasser, unter Druck in das Werkstück eingebracht. Gleichzeitig wird Fluid unter gleichem Druck in die Gegen­ druckkammer 17 eingelassen.

Unter dem Fluiddruck verformt sich das rohrförmige Werkstück und legt sich zunehmend an die Formwände der Werkzeugteile 11 und 12 an, wodurch die insbesondere in vertikaler Richtung zwischen den Spannbacken 7 und dem oberen Werkzeugteil 11 bzw. der Spann­ backengegenplatte 10 und dem unteren Werkzeugteil 12 wirksame Preßkraft erhöht wird. Einem Nachgeben der durch den Werkzeughalter 1 mit der Spannbackengegenplatte 10 und den Spannbacken 7 gebildeten Spannvorrichtung, insbesondere im Bereich des Bajo­ nettrings 9, wird dadurch entgegengewirkt, daß der in der Gegendruckkammer 17 herr­ schende Gegendruck den Spannbackenunterteil 18 zum Ausgleich nach unten verschiebt, der so die Werkstückteile unter Konstanthaltung der Höhe des Formhohlraums an Ort und Stelle hält.

Claims (10)

1. Umformvorrichtung, insbesondere Innenhochdruckumformvorrichtung, mit einem mehr­ teiligen Formwerkzeug und einer die Teile (11, 12) des Formwerkzeugs gegen die Um­ formbeaufschlagung zusammenhaltenden Spanneinrichtung (1, 7, 9, 10), dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtung oder/und das Formwerkzeug mindestens eine, Deformatio­ nen des Formhohlraums beim Umformen wenigstens teilweise kompensierende Gegen­ druckkammer (17) aufweist.

2. Umformvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegendruckkammer (17) zur Beaufschlagung mit dem Arbeitsdruck (Pi) der Um­ formvorrichtung vorgesehen ist.

3. Umformvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Gegendruckkammer eine von der Arbeitsdruckerzeugung unabhängige Druckbeaufschlagungseinrichtung zur Druckbeaufschlagung mit insbesondere einstell­ barem Druck vorgesehen ist.

4. Umformvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegendruckkammer (17) in einem gegen das Formwerkzeug (11, 12) anliegen­ den Spannbacken (7) vorgesehen ist.

5. Umformvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannbacken (7) gegen das Formwerkzeug (11, 12) mit einem durch die Druck­ beaufschlagung der Gegendruckkammer (17) gegen den übrigen Spannbacken beweglichen Teil (18) des Spannbackens anliegt.

6. Umformvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Teil (18) des Spannbackens einen in der Art eines in dem Spann­ backen geführten Druckzylinders gebildeten Abschnitt aufweist.

7. Umformvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannbacken (7) über einen Bajonettring (9) gegen das Werkzeug (11, 12) anpreßbar ist, wobei eine einen Gegenspannbacken (10) aufnehmende Formwerk­ zeughalterung (1) für den Bajonettring ein Gegenlager bildet.

8. Umformvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeughalterung (1) topfartig, insbesondere mit einem gegen den Topfbo­ den (2) anlegbaren Gegenspannbacken (10) ausgebildet ist.

9. Umformvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegendruckkammer (17), insbesondere einschließlich eines Druckverbindungs­ kanals (19), mit einer abdichtenden Auskleidung (20) versehen ist.

10. Umformvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung durch eine die Gegendruckkammer (17) ballonartig ausfüllende Kunststoffmembran (20) gebildet ist.